一、题目描述：

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如

Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt

将生成10个题目。

2. 使用 -r 参数控制题目中数值(自然数、真分数和真分数分母)的范围，例如

Myapp.exe -r 10

将生成10以内(不包括10)的四则运算题目。该参数可以设置为1或其他自然数。该参数必须给定，否则程序报错并给出帮助信息。

3. 生成的题目中如果存在形如e1 ÷ e2的子表达式，那么其结果应是真分数。

4. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

5. 程序一次运行生成的题目不能重复，即任何两道题目不能通过有限次交换+和×左右的算术表达式变换为同一道题目。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重复的题目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重复的题目。3+(2+1)和1+2+3这两个题目是重复的，由于

+是左结合的，1+2+3等价于(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重复的两道题，因为1+2+3等价于(1+2)+3，而3+2+1等价于(3+2)+1，它们之间不能通过有限次交换变成同一个题目。

生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件，格式如下：

1. 四则运算题目1

2. 四则运算题目2

……

其中真分数在输入输出时采用如下格式，真分数五分之三表示为3/5，真分数二又八分之三表示为2’3/8。

6. 在生成题目的同时，计算出所有题目的答案，并存入执行程序的当前目录下的Answers.txt文件，格式如下：

1. 答案1

2. 答案2

特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

7. 程序应能支持一万道题目的生成。

8. 程序支持对给定的题目文件和答案文件，判定答案中的对错并进行数量统计，并会输出所有题目中重复的题目，输入参数如下：

Myapp.exe -e .txt -a .txt -o Grade.txt

统计结果输出到文件Grade.txt，格式如下：

Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)

Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)

Repeat:2

RepeatDetail:

(1) 2,45+32 Repeat 3,32+45

(2) 5,3+(2+1) Repeat 7,1+2+3

二、分析设计

1.生成随机表达式

需要生成随机数(整数，分数，带分数)的函数，随机运算符的函数，随机添加括号函数，采用String拼接生成随机表达式。

2.表达式处理计算

将中缀表达式转换为后缀表达式，对后缀表达式进行分割处理，通过栈操作进行运算，由于存在分数和带分数，需通过自定义四则运算法则进行计算，具体为同化成分数进行运算，完成后需约分。

3.表达式查重

先通过读取答案文档，扫描相同答案的表达式进行判断，可提高效率，接着再将相同答案的中缀表达式转换成后缀表达式，判断所有元素是否相等。此方法效率较高，但存在局限性。由于本人并不是通过二叉树处理表达式，再使用二叉树显得 很繁琐，且效率不高。

4.输出至文档

需要输出的文档有表达式Exercises.txt，答案Answers.txt，成绩及查重结果Grade.txt。

三、功能实现

1.主程序Main.java

主要代码：

System.out.println("---------------四则运算程序---------------");

System.out.println("-n：生成题目个数");

System.out.println("-r：参数数值范围");

System.out.println("-g：查看测试结果");

System.out.println("Do：执行程序");

System.out.println("请输入指令：");

Scanner in =new Scanner(System.in);

while(in.hasNext()){

switch(in.next()){

case "-n" :

System.out.println("请输入要生成的题目个数：");

n=in.nextInt();

break;

case "-r":

System.out.println("请输入运算数的数值范围：");

m=in.nextInt();

break;

case "-g":

fo.FileC(file2, file3, file4); //答案和做题文档对比，结果写入Grade文档

break;

case "Do":

for(int i=0;i

String s=ex.CreatExp(n,m),fstr; //生成随机表达式并求解

String rus=its.suffixToArithmetic(its.infixToSuffix(s));

fstr=i+1+":"+s+"\r\n";

fo.FileW(file1, fstr); //表达式写入文档

fstr=i+1+":"+rus+"\r\n";

fo.FileW(file2, fstr); //答案写入文档

}

break;

default:

System.out.println("无效指令！");

break;

}

System.out.println("请输入指令：");

2.随机表达式生成

主要代码：

/*随机生成表达式*/

public String CreatExp(int n ,int m){

String exp=CreatNum(m); //随机操作数

Random rd=new Random();

int t=rd.nextInt(2);

boolean flag=false; //是否生成括号

if(t>0)

flag=Creatkh();

for(int i=0;i<=t;i++){ //生成String类型中缀表达式

if(flag==true){

if(i==0){

exp=exp+CreatChar()+"("+CreatNum(m);

}else

{

exp=exp+CreatChar()+CreatNum(m)+")";

}

}else{

exp=exp+CreatChar()+CreatNum(m);

}

}

return exp;

}

/*随机生成操作数*/

public String CreatNum(int m){

String s="";

Random rd=new Random();

switch(rd.nextInt(2)){ //随机类型：整数，分数

case 0:

s=Integer.toString(rd.nextInt(m-1)+1); //整数

break;

case 1: //分数

int a,b;

a=rd.nextInt(m-1)+1;

b=rd.nextInt(m-2)+2;

s=Dating(a,b); //分数约分处理

break;

}

return s;

}

/*随机生成运算符*/

public String CreatChar(){

String s="";

Random rd=new Random();

switch(rd.nextInt(4)){

case 0:s="+";break;

case 1:s="-";break;

case 2:s="*";break;

case 3:s="÷";break;

}

return s;

}

/*分数进行约分*/

public String Dating(int a,int b){

String s="";

int gongyinshu=1,c;

c=a/b;

a=a%b;

if(c<0){ //若带分数已为负数，这分数不用带负号

a=a*-1;

}

for (int i = 1; i <= a; i++) { //求最小公约数

if (a % i == 0 && b % i == 0) {

gongyinshu = i;

}

}

a=a/gongyinshu; //生成最简分数

b=b/gongyinshu;

if(a==0){

s=Integer.toString(c);

}else if(c==0){

s=Integer.toString(a)+"/"+Integer.toString(b);

}else{

s=Integer.toString(c)+"'"+Integer.toString(a)+"/"+Integer.toString(b);

}

return s;

}

/*随机是否生成括号*/

public boolean Creatkh(){

boolean flag=false;

Random rd=new Random();

if(rd.nextInt(3)<1) //生成扩号的概率为1/3

flag=true;

return flag;

}

3.表达式处理

主要代码：

/*中缀表达式转后缀表达式*/

public String infixToSuffix(String exp) {

Stack s = new Stack(); // 创建操作符堆栈

String suffix = ""; // 要输出的后缀表达式字符串

int length = exp.length(); // 输入的中缀表达式的长度

for (int i = 0; i < length; i++) {

char temp;

char ch = exp.charAt(i); // 获取该中缀表达式的每一个字符并进行判断

switch (ch) {

case '(':

s.push(ch);

break;

case '+': // 碰到'+' '-'，将栈中的所有运算符全部弹出去，直至碰到左括号为止，输出到队列中去

case '-':

suffix += " ";

while (s.size() != 0) {

temp = s.pop();

if (temp == '(') {

s.push('(');

break;

}

suffix += temp;

suffix += " ";

}

s.push(ch);

break;

case '*': // 如果是乘号或者除号，则弹出所有序列，直到碰到加好、减号、左括号为止，最后将该操作符压入堆栈

case '÷':

suffix += " ";

while (s.size() != 0) {

temp = s.pop();

if (temp == '+' || temp == '-' || temp == '(') {

s.push(temp);

break;

} else {

suffix += temp;

suffix += " ";

}

}

s.push(ch);

break;

case ')':

while (!s.isEmpty()) {

temp = s.pop();

if (temp == '(') {

break;

} else {

suffix += " ";

suffix += temp;

}

}

break;

default:

suffix += ch;

break;

}

}

while (s.size() != 0) { // 如果堆栈不为空，则把剩余运算符一次弹出，送至输出序列

suffix += " ";

suffix += s.pop();

}

return suffix;

}

/*计算后缀表达式*/

public String suffixToArithmetic(String exp) {

String[] strings = exp.split(" "); //按空格分解字符串

Stack stack = new Stack(); //操作数栈

for (int i = 0; i < strings.length; i++) {

if(strings[i].equals("+")||strings[i].equals("-")||strings[i].equals("*")||strings[i].equals("÷")){

String y=stack.pop(); //读取到运算符，提取栈顶的两个操作数，先出的操作数为运算符后的数

String x=stack.pop();

String rus=calculate(x, y, strings[i]); //调用自定义的四则运算法则

stack.push(rus);

if(rus.equals("无解")) //除数为0返回无解

return rus;

}else{

stack.push(strings[i]);

}

}

return stack.pop();

}

/*自定义四则运算法则*/

public String calculate(String x, String y, String ch) {

}

注：四则运算过程代码较多，不展示。

4.文件操作及表达式查重代码不展示

四、结果展示

命令选择：

表达式文档：

答案文档：

答题文档：

成绩文档：

一万道题测试:

五、实验小结

此次编程要点在于表达式的处理，重点是对分数，带分数的处理，具体解决方法是将其每个部分的整数提取出来，存于几个参数中，通过参数间的转化运算达到分数的计算，从而实现表达式的计算。过程中遇到挺多小问题，例如除数为0，6÷(3-3) ，解决方法为计算除法时，进行判断，如果除数为0直接返回结果“无解”。

六 、PSP表

PSP2.1Personal Software Process Stages Time Senior Student Time

Planning 计划 2 2

Estimate估计这个任务需要多少时间 48 36

Development 开发 40 36

Analysis 需求分析 (包括学习新技术) 2 1

Design Spec 生成设计文档 1 1

Design Review 设计复审 2 1

Coding Standard代码规范 0 0

Design 具体设计 3 4

Coding 具体编码 27 22

Code Review 代码复审 2 1

Test 测试(自我测试，修改代码，提交修改 2 4

Reporting报告 1 2